一种储能电池的供电故障检测电路的制作方法

1.本技术涉及储能技术，尤其涉及一种储能电池的供电故障检测电路。


背景技术：

2.随着储能技术的发展，储能电池的应用场景越来越多，同时储能安全性也越来越重要。
3.现有的储能电池采用如图1所示的故障检测电路，在供电端未接入负载的情况下，这种故障检测电路能够准确识别储能电池的短路故障，进而控制开关装置断开，防止过流故障造成的安全事故。
4.然而，储能电池的供电端接入负载会导致现有的故障检测电路失效，故障检测可靠性低。


技术实现要素：

5.本发明提供储能电池的供电故障检测电路，以实现对储能电池故障的检测，在接入负载的情况下检测电路不会失效，提高了储能电池故障检测的可靠性。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种储能电池的供电故障检测电路。所述储能电池包括电池模块、开关器件和供电端，所述电池模块经所述开关器件与所述供电端连接，所述供电端用于外接负载；
7.所述供电故障检测电路包括：直流供电电源、第一电阻、第二电阻、第三电阻和控制装置；
8.所述直流供电电源用于提供检测电源；
9.所述第一电阻和所述第二电阻串联于所述直流供电电源和接地端之间，所述第一电阻和所述第二电阻的连接点与所述第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端用于连接所述供电端；
10.所述控制装置设置有检测端和第一控制端，所述检测端与所述第一电阻和所述第二电阻的连接点连接，所述第一控制端用于连接所述开关器件，以控制所述开关器件的通断状态；所述控制装置用于根据所述检测端接入的检测电压与预设范围的相对关系生成第一开关控制信号，以控制所述开关器件的通断状态。
11.可选地，所述储能电池的供电故障检测电路还包括：开关单元，所述开关单元连接于所述第二电阻与所述接地端之间；
12.所述控制装置还包括第二控制端，所述第二控制端还与所述开关单元连接，所述控制装置还用于根据所述开关器件的通断状态生成第二开关控制信号，以控制所述开关单元的通断状态，其中，所述开关器件与所述开关单元的通断状态一致。
13.可选地，所述开关单元包括晶体管。
14.可选地，所述控制装置用于所述检测电压在第一预设范围内的情况下，确定所述储能电池未发生过流故障，输出包括开启信息的所述第一开关控制信号，以保持所述开关
器件导通。
15.可选地，所述第一预设范围包括第一预设值；
16.所述控制装置还用于在所述检测电压等于所述第一预设值的情况下，确定所述储能电池未接入负载，其中，所述第一预设值等于v
dd
*r2/(r1 r2)，v
dd
为所述检测电源的电压值，r1为第一电阻，r2为第二电阻。
17.可选地，所述第一预设范围还包括第二预设范围；
18.所述控制装置还用于所述检测电压在所述第二预设范围内的情况下，确定所述储能电池已接入负载。
19.可选地，所述控制装置还用于在确定所述储能电池已接入负载的情况下，根据所述检测电压、所述电池模块的供电电压、所述第一电阻、所述第二电阻和第三电阻确定所述负载的电阻。
20.可选地，所述控制装置用于所述检测电压在第三预设范围内的情况下，确定所述储能电池发生短路故障，输出包括关闭信息的所述第一开关控制信号，以控制所述开关器件关断。
21.第二方面，本发明实施例还提供了一种电池管理系统，电池管理系统包括第一方面任意项所述的供电故障检测电路。
22.第三方面，本发明实施例还提供了一种储能电池，储能电池包括第二方面所述的电池管理系统、电池模块、开关器件和供电端，所述电池管理系统分别与所述电池模块、所述开关器件和所述供电端连接。
23.本发明提供的储能电池、电池管理系统和供电故障检测电路设置有直流供电电源、第一电阻、第二电阻、第三电阻和控制装置，第一电阻和第二电阻串联于直流供电电源与接地端之间，第一电阻和第二电阻的连接点经第三电阻与供电端连接，第一电阻和第二电阻的连接点还与控制装置的检测端连接，控制装置的第一控制端与开关器件连接，可以根据检测端接入的电压与预设范围的相对关系控制开关器件的通断，实现对储能电池供电故障的检测，该电路结构简单且在接入了负载的情况下不会失效，提高了储能电池故障检测的可靠性。
附图说明
24.图1为现有技术的储能电池和故障检测电路的组成示意图；
25.图2为本发明实施例提供的一种储能电池及其供电故障检测电路的结构示意图；
26.图3为本发明实施例提供的另一种储能电池及其供电故障检测电路结构示意图；
27.图4为本发明实施例提供的又一种储能电池及其供电故障检测电路结构示意图；
28.图5为本发明实施例提供的一种电池管理系统的组成示意图；
29.图6为本发明实施例提供的一种储能电池的结构示意图。
具体实施方式
30.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
31.如背景技术所述，参照图1，在图1的现有技术中的故障检测电路中，三极管的基极与储能电池的供电端连接。在储能电池出现短路故障的情况下，三极管的基极电压被拉高，三极管导通。mcu(也称为微控制器)可以检测三极管的集电极电压，根据集电极电压判断是否发生短路故障。然而，经发明人研究发现，这种故障检测电路只能应用于供电端未接入负载的情况下。一旦供电端接入了负载，三极管会随之导通，此时，mcu持续监测到集电极电压等于接地电压，导致无法真正地检测负载是否被短路，故障检测失效。
32.为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种储能电池的供电故障检测电路。图2为本发明实施例提供的一种储能电池及其供电故障检测电路的结构示意图，参照图2，储能电池100包括电池模块101、开关器件102和供电端103，电池模块100经开关器件102与供电端103连接，供电端103用于外接负载。供电故障检测电路104包括：直流供电电源v
dd
，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和控制装置105。直流供电电源v
dd
用于提供检测电源。第一电阻r1和第二电阻r2串联于直流供电电源v
dd
和接地端gnd之间，第一电阻r1和第二电阻r2的连接点与第三电阻r3的一端连接，第三电阻r3的另一端用于连接供电端103。控制装置105设置有检测端a和第一控制端b，检测端a与第一电阻r1和第二电阻r2的连接点连接，第一控制端b用于连接开关器件102，以控制开关器件102的通断状态；控制装置105用于根据检测端a接入的检测电压与预设范围的相对关系生成第一开关控制信号，并将第一开关控制信号经第一控制端b输出。
33.具体地，电池模块101是指储能电池100中的电芯组件，示例性地，电池模块101可以包括串联的至少一个电芯。开关器件102是指设置于电池模块与供电端之间的开关组件，可以控制电池模块的放电回路的通断，示例性地，开关器件102以包括晶体管和继电器中的至少一种，设置于电池模块101的负极1-与供电端103的负极2-之间。供电端103是指储能电池100的对外供电端口，可以外接负载并为负载供电。
34.直流供电电源v
dd
为供电故障检测电路104中的检测电阻和控制装置105提供检测电源，图中未示出直流供电电源v
dd
的原始来源，示例性地，直流供电电源v
dd
可以由电池模块101和适当的降压电路提供，检测电源v
dd
的电压等级小于电池模块101输出电源的电压等级，检测电源v
dd
的电压等级可以为3.3v或5v。第三电阻r3一端与第一电阻r1和第二电阻r2的连接点连接，另一端与供电端103连接，示例性地，第三电阻r3的另一端连接供电端103的负极2-。随着供电端103接入负载和储能电池100状态的不同，第一电阻r1和第二电阻r2的连接点的电压也随之变化。控制装置105可以根据检测端a接入的检测电压v
adc
是否在预设范围内，判断储能电池100是否出现短路故障，进而在出现短路故障的情况下控制开关器件102断开，以防止短路对电芯和电路的损坏。预设范围可以根据储能电池100的短路实验数据设置，示例性地，预设范围可以包括储能电池100发生短路时第一电阻r1与第二电阻r2连接点上的电压检测值。
35.例性地，在发生短路故障的情况下，供电端103接入的负载rl的电阻值约等于0。此时，检测电压v
adc
等于短路电压v
短
，v
短
＝v
dd
*[(r2//r3)/(r1 r2//r3)] v
p
*[(r1//r2)/(r1 r2//r3)]，其中，r1//r2等于第一电阻和第二电阻的并联电阻，等于1/(1/r1 1/r2)，r2//r3等于第二电阻和第三电阻的并联电阻，等于1/(1/r1 1/r2)，v
p
为电池模块提供的电源电压。所以，控制装置105可以在检测端a接入的检测电压v
adc
等于v
短
的情况下，确定储能电池发生短路故障，进而由第一控制端输出包括关闭信号的第一开关控制信号，以控制开关器件关断，切
断储能电池的短路回路，防止短路故障对电芯的损害。
[0036]
本实施例提供的储能电池的供电故障检测电路设置有直流供电电源、第一电阻、第二电阻、第三电阻和控制装置，第一电阻和第二电阻串联于直流供电电源与接地端之间，第一电阻和第二电阻的连接点经第三电阻与供电端连接，第一电阻和第二电阻的连接点还与控制装置的检测端连接，控制装置的第一控制端与开关器件连接，可以根据检测端接入的电压与预设范围的相对关系控制开关器件的通断，实现对储能电池供电故障的检测，该电路结构简单且在接入了负载的情况下，负载的高阻抗不会影响控制装置的判断，供电故障判断不会失效，提高了储能电池故障检测的可靠性。
[0037]
可选地，图3为本发明实施例提供的另一种储能电池及其供电故障检测电路结构示意图，在前述实施例的基础上，供电故障检测电路104还包括：开关单元q，开关单元q连接于第二电阻r2与接地端gnd之间。控制装置105还设置有第二控制端c，第二控制端c还与开关单元q连接，控制装置105还用于根据开关器件102的通断状态生成第二开关控制信号并经第二控制端c输出，以控制开关单元q的通断状态。
[0038]
具体地，开关单元q是指控制故障检测电路104的检测功能启停的开关组件，可以包括晶体管。控制装置105的第二控制端c与开关单元q连接。控制装置105可以根据开关器件102的通断状态调节第二控制端c输出的第二开关控制信号的电压等级，以控制开关单元q的导通和关断，其中，第一控制端b与第二控制端c可以联锁。控制装置105还可以根据用户输入的控制信号生成第一开关控制信号，以控制开关器件102的通断。示例性地，用户可以在需要长期停用储能电池100之前，通过点击按键的方式向控制装105置输入包含关断信息的控制信号，控制装置105根据控制信号生成第一开关控制信号以控制开关器件102关断，实现储能电池100的供电功能暂停。
[0039]
示例性地，在储能电池100上电之前或短路关断的情况下，开关器件102处于关闭状态。此时，控制装置可以根据开关器件102的关闭状态输出包含关断信息的第二开关控制信号，以控制开关单元q关断，从而降低供电故障检测电路104的功耗。
[0040]
本实施例提供的储能电池的供电故障检测电路设置有开关单元，控制装置设置有第二控制端，控制装置可以根据开关器件的通断状态控制开关单元的通断，实现了储能电池下电之后对供电故障检测功能的关闭，降低了供电故障检测电路的功耗。
[0041]
可选地，图4为本发明实施例提供的又一种储能电池及其供电故障检测电路结构示意图，在前述实施例的基础上，参照图4，开关单元q可以为npn型三极管。控制装置105可以通过调节输出的第二开关控制信号的电压等级，以使npn型三极管的通断状态与开关器件102保持一致。
[0042]
可选地，在前述实施例的基础上，继续参照图4，控制装置105用于在检测电压在第一预设范围内的情况下，确定储能电池100未发生过流故障，输出包括开启信息的第一开关控制信号，以保持开关器件102导通。
[0043]
具体地，第一预设范围可以根据储能电池100的短路实验确定，第一预设范围中的电压值可以均小于短路电压，短路电压是指储能电池发生短路的情况下检测端检测到的电压值。示例性地，若短路电压为50v，则第一预设范围可以为小于20v。控制装置105在检测电压处于第一预设电压的情况下，可以确定储能电池100发生过流故障，进而可以输出包括开启信息的第一开关控制信号，以保持开关器件102的导通。
[0044]
示例性地，第一预设范围包括第一预设值和第二预设范围，第一预设值等于v
dd
表示检测电源的电压值，r1为第一电阻，r2为第二电阻。控制装置105还用于在检测电压等于第一预设值的情况下，确定储能电池100未接入负载。
[0045]
第二预设范围为大于第一预设值且小于短路电压的预设范围。控制装置105还用于检测电压在第二预设范围内的情况下，确定储能电池100已接入负载。进而，在储能电池100接入负载且未发生短路的情况下，检测电压可以根据第一公式来表示，第一公式为其中，v
p
为电池模块的供电电压，r
l
为负载的电阻。控制装置还用于在确定储能电池已接入负载的情况下，将检测电压v
adc
、电池模块的供电电压v
p
、第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3带入第一公式计算出负载的电阻r
l
，实现对储能电池100负载大小的确定。
[0046]
本实施例提供的储能电池的供电故障检测电路，控制装置可以在检测电压属于第一预设范围内的情况下，确定储能电池为发生短路故障，进而第一预设范围包括第一预设值和第二预设范围，控制装置还可以在检测电压等于第一预设值的情况下确定储能电池尚未接入负载，检测电压在第二预设范围内的情况下可以确定储能电池已经接入负载，进而根据检测电压的具体值计算负载的大小，实现对储能电池所连负载情况的分析和检测，用户可以根据负载情况调节接入的负载大小，进一步提高了储能电池的供电安全。
[0047]
可选地，在前述实施例的基础上，继续参照图4，控制装置105用于检测电压在第三预设范围内的情况下，确定储能电池100发生短路故障，输出包括关闭信号的第一开关控制信号，以控制开关器件102关断。
[0048]
具体地，第三预设范围是根据储能电池的短路实验确定的用于识别短路故障的短路电压范围，第三预设范围可以包括检测电压等于短路电压，示例性地，在短路试验中，若第一电阻和第二电阻的连接点的短路电压等于50v，第三预设范围可以设置为检测电压大于48v。
[0049]
本实施例提供的储能电池的供电故障检测电路，控制装置可以在第三预设范围的情况下，确定储能电池发生短路故障，输出包括关闭信号的第一开关控制信号，以控制开关器件关断，防止短路故障对电芯的损坏，进一步提高储能电池的可靠性。
[0050]
本发明实施例还提供了一种电池管理系统。图5为本发明实施例提供的一种电池管理系统的组成示意图，参照图5，电池管理系统500包括本发明任意实施例中的供电故障检测电路104。电池管理系统500是指根据储能电池的状态参数对储能电池进行管理和控制的组件，也称为bms。
[0051]
本发明实施例还提供了一种储能电池。图6为本发明实施例提供的一种储能电池的结构示意图，参照图6，储能电池100包括本发明实施例的电池管理系统500、电池模块101、开关器件102和供电端103，电池管理系统500分别与电池模块101、开关器件102和供电端103连接。
[0052]
本实施例提供的储能电池、电池管理系统和供电故障检测电路设置有直流供电电源、第一电阻、第二电阻、第三电阻和控制装置，第一电阻和第二电阻串联于直流供电电源
与接地端之间，第一电阻和第二电阻的连接点经第三电阻与供电端连接，第一电阻和第二电阻的连接点还与控制装置的检测端连接，控制装置的第一控制端与开关器件连接，可以根据检测端接入的电压与预设范围的相对关系控制开关器件的通断，实现对储能电池供电故障的检测，该电路结构简单且在接入了负载的情况下不会失效，提高了储能电池故障检测的可靠性。
[0053]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。